Skylive
Corso di Astronomia di Base
Serata n°9
Corso di
ASTRONOMIA DI
BASE -2012
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Esercitazioni: GALASSIE E UNIVERSO A GRANDE SCALA
Allegato alla sesta serata del corso – 13/09/2012 - SOLUZIONI
Risposte alle esercitazioni
GALASSIE E UNIVERSO A GRANDE SCALA
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SOLUZIONI ALLE DOMANDE APERTE
1. Il modello finora più accreditato di formazione di galassie a spirale, di tipo top-down, prevede un
addensamento simultaneo di materiale, un collasso gravitazionale omogeneo che ha portato alla formazione
di un addensamento maggiore al centro, dove si è creato un buco nero supermassivo. Inizialmente le stelle si
sono formate negli strati più interni, dove attualmente infatti si trovano quasi esclusivamente antiche stelle
rosse.
Negli strati più esterni invece si trova ancora la maggior parte del gas, in grado ancora di dar vita a processi
di formazione stellare.
2. Le galassie ellittiche, secondo gli studi, dovrebbero nascere da collisioni di altre galassie o comunque da
addensamenti in cui massa e densità di materiale siano molto elevati. Data la concentrazione, attualmente il
tasso di formazione stellare nelle galassie ellittiche è prossimo allo zero per mancanza di materiale da
condensare. Nelle galassie a spirale, invece, il tasso di formazione è molto più elevato perché c'è una gran
quantità di gas e polveri soprattutto nelle zone più esterne.
Questo è vero nell'universo "attuale", visto che sono stati trovati ammassi galattici al cui centro esistono
galassie ellittiche giganti con tassi di formazione stellare ancora molto elevati.
3. Le galassie derivano dalle prime fluttuazioni quantistiche iniziate appena dopo il Big Bang, che hanno
dato origine alle prime piccolissime concentrazioni di materia oscura. In seguito alla fine della Dark Age, a
questo materiale si è aggiunto quello barionico, dando vita a concentrazioni sempre più grandi. In un
universo in espansione come quello di allora, con una età intorno ai 380.000 anni, una concentrazione di
materia determinava un locale rallentamento della materia circostante che iniziò ad amalgamarsi
spiraleggiando intorno al nuovo centro di massa, del quale si ha ancora notizia all'interno della radiazione
cosmica di fondo sottoforma di variazioni infinitesime di temperatura. Le prime componenti sono quindi
materia oscura e gli elementi creati nel Big Bang, quindi elio e idrogeno. Anche le prime stelle sono di prima
popolazione, quindi composte esclusivamente dagli elementi primordiali.
4. Chi sostiene la disposizione frattale dell'universo, ritiene che questo si presenti sempre con la stessa
struttura ripetuta a scale diverse. Studiare l'infinitesimo, quindi, equivale a studiare anche l'infinitamente
grande visto che ciò che varia è soltanto la proporzione. Chi sostiene l'omogeneità dell'universo a larga scala,
invece, sostiene che questo si presenti sempre uguale a sé stesso in ogni punto in cui è definito. Gli ultimi
studi sostengono che oltre una certa scala ogni ripetitività strutturale viene meno, quindi sembra che il
modello frattale sia definitivamente da accantonare che l'universo sia davvero omogeneo.
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GALASSIE E UNIVERSO A GRANDE SCALA
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6. L'alone galattico è una sfera che circonda il disco galattico e che contiene la gran parte della materia
oscura presente nella galassia, oltre agli ammassi globulari ed a stelle dalla orbita molto particolare e che
presumibilmente derivano dalla sottrazione gravitazionale apportata a stelle di altre galassie minori e satelliti.
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5. Il meccanismo che fa brillare i quasar in maniera così evidente, tale da poter essere scorti in varie fasce
spettrali anche a distanze notevolissime, risiede nell'attività del buco nero supermassivo centrale.
Evidentemente nei pressi del buco nero esiste ancora una grandissima quantità di materiale in grado di
alimentarlo, il che genera radiazione dal quasar di notevole entità su tutto lo spettro elettromagnetico. Questo
è anche il motivo per il quale sembra che galassie così attive siano riconducibili quasi esclusivamente a
tempi in cui l'universo era ancora giovanissimo.
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7. Il tassello minore è composto dalla galassia singola. Gruppi galattici prevedono la presenza di non più di
una cinquantina di galassie con massa totale di circa 10^13 masse solari in un diametro di circa 3 milioni di
anni luce. Gli ammassi galattici presentano invece galassie in numero compreso tra 50 e 1000, con una massa
di circa 10^15 masse solari in un diametro di almeno 25 milioni di anni luce. I superammassi di galassie sono
invece insiemi gravitazionali di ammassi galattici. Questi superammassi sono disposti a formare una sorta di
spugna, uniti in filamenti che rappresentano la superficie di ampie bolle di vuoto (vuoti cosmici).
8. La svolta principale nella comprensione delle galassie si è avuta ai primi degli anni Venti, quando Edwin
Hubble con il nuovo telescopio di Monte Wilson riuscì ad individuare delle stelle variabili di tipo Cefeide
nelle zone più esterne della nebula in Andromeda. Dall'analisi della curva di luce di queste galassie si riuscì a
stimare una distanza notevolmente maggiore rispetto a tutti gli altri oggetti di profondo cielo e quindi a
capire che quella nebula doveva essere una galassia esattamente come quella che ci ospita e che taglia il cielo
in due tramite una striscia bianca.
9. A grande scala l'universo risulta omogeneo ed isotropo, quindi risulta uguale in qualsiasi direzione e da
qualsiasi luogo di osservazione all'interno dell'universo stesso. La forma è di tipo spugnoso: al suo interno ci
sono filamenti di superammassi di galassie che fanno da contorno a immense bolle che presentano
esclusivamente fluttuazioni quantistiche, quindi prive essenzialmente di materia. Queste zone sono chiamate
vuoti cosmici.
10. Le varie AGN possono essere classificate in base alla massa del buco nero centrale, al suo tasso di
accrescimento in seguito ad acquisizione di materiale tramite attrazione gravitazionale e all'angolo formato
dal disco di accrescimento e dai getti relativistici rispetto al nostro punto di visuale.
Questionario Breve
1) a (Henrietta Leavitt)
2) b (Una immagine scattata da Hubble nella costellazione della Fornace)
3) b (Curtis e Shapley, vertendo sull'appartenenza o meno delle nebulae alla nostra Galassia)
4) c (Una galassia il cui buco nero centrale è ancora circondato da molto materiale da attrarre)
5) b (Se un numero massimo di galassie è legato gravitazionalmente)
6) c (Una zona dello spazio dominata da fluttuazioni quantistiche)
7) b (Galassie a spirale barrate)
8) b (Essere negato oltre i 350 milioni di anni luce)
9) c (Avere un legame gravitazionale tra le componenti che lo formano)
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10) c (Nella costellazione del Sagittario)
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